«Колоссальный синергетический эффект»: разработчик РЛС — о результатах и задачах развития радиофотоники

Радиофотонные технологии внесут существенный вклад в обеспечение безопасности России и борьбу с различными заболеваниями, включая онкологию. Об этом в интервью RT рассказал заместитель генерального директора по научно-техническому развитию АО «РТИ» им. академика А.Л. Минца, доктор технических наук, лауреат государственной премии РФ Владимир Савченко. По словам учёного, развитие радиофотоники позволит значительно улучшить характеристики радиолокационных станций (РЛС) и создать более совершенные досмотровые комплексы, способные находить взрывчатку и наркотики. Кроме того, радиофотонные технологии крайне востребованы в здравоохранении — они помогут повысить качество обнаружения раковых клеток и других медицинских обследований.

— В чём вы видите главные задачи развития радиофотоники? Насколько перспективно это направление научной и технологической мысли?

— Наш разговор следует начать с понятия, что такое радиофотоника или Microwave photonics, как говорят в англоязычных странах.

Это широкое междисциплинарное направление, которое главным образом объединяет физику сверхвысоких частот (СВЧ) и оптику. Их симбиоз способен дать колоссальный синергетический эффект.

Ключевое для нас, разработчиков РЛС, свойство СВЧ заключается в способности распространяться в атмосфере с минимальными энергетическими потерями (затуханием).

В радиолокации сверхвысокие частоты позволяют с высокой эффективностью фиксировать и сопровождать различные летальные аппараты (ЛА). Однако СВЧ-диапазон не позволяет визуализировать наблюдаемые объекты, что тоже очень важно. Для решения такой проблемы как раз необходимо привлекать оптику.

Современная наука исходит из того, что дальнейшее развитие оптики поможет не только создавать образы ЛА (если говорить буквально — видеть на мониторе картинку наблюдаемого объекта), но и оперативно обрабатывать огромное количество данных, которые мы получаем через приёмные устройства РЛС.

У оптики большие потери в атмосфере (осадки, рельеф, различные искусственные препятствия) и, соответственно, ограничения в видимости, однако человечество смогло решить множество практических задач и поставить световые процессы себе на службу.

Например, в промышленности возникла индустрия производства оптоэлектронных систем, то есть устройств, включающих в себя как оптические, так и электронные компоненты. Сейчас они широко используются в разнообразных наземных комплексах, входят в состав оборудования авиатехники и космических аппаратов.

Ещё одно важное свойство оптики — это почти безграничная пропускная способность. Как я уже сказал выше, оптический диапазон позволяет не только визуализировать наблюдаемые объекты, но и несравнимо быстрее, чем сейчас, обрабатывать информацию.

— Насколько динамично развивается радиофотоника и какие практические результаты можно получить в ближайшей перспективе?

— Тем, что называется радиофотоникой, помимо России, очень плотно занимаются все ведущие страны мира, а в последнее время стали доминировать Индия и Китай.

При этом преимущества радиофотонных технологий особенно широко используются в системах связи, появились научные публикации о резком совершенствовании тактико-технических характеристик в радиолокации. Это свидетельствует о том, что исследования по радиофотонике перешли из концептуальной в практическую плоскость. Могу сказать, что наша страна в данной тематике также подошла к инженерной стадии, которая предполагает разработку конкретных изделий и систем.

Большие ресурсы, которые выделяются в мире на развитие радиофотоники, объясняются фантастическими результатами, которые она сможет дать. Ведь по сути в рамках одного технологического процесса решаются задачи, которые сейчас находятся на острие очередной промышленной революции — цифровизациии.

Естественно, гармонизация сложнейших физических процессов и разработка принципиально новых изделий — это совсем небыстрое дело. Однако конечный результат непременно оправдает приложенные усилия.

Применительно к РЛС — это точность определения координат наблюдаемых объектов, скорость обработки данных, получение образа летательных аппаратов, обнаружение техники, созданной на основе стелс-технологий. Мы сможем видеть на мониторах детализированное, объёмное изображение того, что происходит на расстоянии в сотни километров. Фактически на такой дальности вы будете видеть всё своими глазами. При этом такие радары будут более надёжными и менее дорогими, чем современные образцы. Однако решение таких задач — это не перспектива завтрашнего дня. 

В СМИ нетрудно найти немало публикаций, посвящённых скорым перспективам создания радиофотонной РЛС. Сообщается, что вот-вот, ещё немного и промышленность создаст чудо-радары.

Всерьёз обсуждать такие статьи я не вижу смысла. Это просто спекуляции на новых словах, как в своё время было с нанотехнологиями — давно известной областью научных исследований, которую отдельные недобросовестные должностные лица стали представлять как нечто новомодное.

Возвращаясь к радиофотонике: сегодня в реальности мы можем говорить только о долгой напряжённой работе по расширению полосы частот радаров и увеличению скорости обработки информации. Слишком многое ещё необходимо сделать, слишком много ресурсов ещё потребуется для развития того, что называется радиофотоникой.

И всё-таки в ближайшей перспективе реально получить весомые практические результаты благодаря уже проведённым НИР (научно-исследовательским работам) и ОКР (опытно-конструкторским работам). Например, радиофотоника даёт возможность создать эффективные и безвредные досмотровые комплексы тела человека, а также новые медицинские изделия.

Что я имею в виду? Прогресс в радиофотонике приведёт к кардинальному улучшению качества идентификации наблюдаемых объектов. Если в радиолокации — это гарантированное определение типа летательного аппарата, то в сфере досмотра — это обнаружение запрещённых к провозу предметов и веществ, включая наркотики и взрывчатку.

Положительный эффект в медицине я лично вижу в появлении приборов, которые помогут обнаруживать раковые клетки. Не секрет, что в оптическом диапазоне даже квалифицированные врачи не могут чётко определить, какие ткани вокруг опухоли поражены, а какие — нет. А если мы будем освещать операционное поле в терагерцовом диапазоне, то эта проблема решается.

Я не специалист в медицине, но уверен, что онкология будет далеко не единственной областью применения в системе здравоохранения изделий, сочетающих СВЧ и оптический диапазон. За примером далеко ходить не надо: это использование эндоскопических капсул, которые после заглатывания фотографируют состояние внутренних тканей всего желудочно-кишечного тракта.

— В одной из публикаций, написанных вами в соавторстве с другими отечественными учёными, утверждается, что развитие радиофотоники требует применения элементной базы на основе кремния, арсенида галлия и широкозонных полупроводников. Поясните, пожалуйста, почему так важны эти компоненты? И может ли Россия разработать такую микроэлектронику?

— Действительно для создания более совершенных РЛС, досмотровых комплексов, медицинских и других изделий необходима аппаратура, в которой реализованы фотонные интегральные схемы. В её создании, как я считаю, Россия не имеет права отставать.

Чтобы не допустить такого сценария, на сегодняшний день нашей промышленности необходимо наладить конвейерное производство унифицированной микроэлектронной и оптоэлектронной ЭКБ (электронной компонентной базы) на базе кремния, арсенида галлия и широкозонных полупроводников в сочетании с серийными оптоволоконными изделиями.

К списку перечисленных мною материалов можно ещё добавить нитрид галлия и фосфид индия. Это почти все полупроводниковые соединения типа А3В5. Собственно, в основном они и позволяют использовать потенциал, заложенный в СВЧ и оптике.

Например, у России есть мощности для выпуска микросхем на основе кремния. Ребята из «Сколтеха» мне недавно продемонстрировали прекрасный оптический преобразователь (модулятор) на основе кремния. Кремниевая технология может стать платформой для большого количества разработки необходимых фотонных микросхем, в чем я убедился, побывав в Зеленоградском нанотехнологическом центре.

Также хотел бы обратить внимание на значение широкозонных полупроводников. Это и переход в область высоких частот, и возможности эффективно генерировать и усиливать СВЧ-сигналы. В этом отношении широкозонные полупроводники предпочтительнее приборов на основе кремния. Объединение этих двух технологий — необходимость, которую нельзя откладывать в долгий ящик. 

— Вы называете себя сторонником так называемой функциональной микроэлектроники. Что это такое?

— В этом контексте не могу не сказать, что мы чрезмерно увлеклись цифровизацией. Как итог — любой результат мы получаем в цифровом виде, как правило, с отражением на дисплее. Но при этом нам требуется выполнение нескольких операций по преобразованию сигналов, а функциональная микроэлектроника предполагает иной подход.

Приведу пример. В системах связи и радиолокации широко используется преобразование Фурье. И обычно оно получается посредством обработки аналогового сигнала на аналогово-цифровом преобразователе с последующей передачей в цифровой процессор. Тот же результат можно получить посредством пропускания лазерного луча через пьезокристалл. И это блестяще доказал наш уважаемый академик Юрий Васильевич Гуляев.

Говоря простыми словами, выполнение нужной нам операции происходит сразу. Вот это и есть функциональная микроэлектроника. Для России важно развивать это направление, в том числе (и это надо откровенно признать) из-за достаточно высокой зависимости нашей страны от зарубежных решений в сфере цифровых технологий.

При этом я не отрицаю необходимости применения цифры. Она используется и будет использоваться в радиофотонике в виде оптоэлектронных элементов.

— Из ваших слов следует, что у России есть определённые проблемы, мешающие развитию радиофотоники. Насколько наша страна конкурентоспособна в этом направлении?

— На положение дел в радиофотонике влияет множество факторов. Главное — это понимание практической важности этого направления. Оно должно пронизывать фундаментальную науку, промышленность и определённые структуры власти, ответственные за принятие решений в области безопасности.  

Насколько я могу судить, понимание важности приходит, пусть и не так быстро, как хотелось бы. В октябре завершено формирование второго блока Межведомственной комплексной целевой программы по прикладным моментам развития радиофотоники. В ней обозначены конкретные работы, позволяющие при наличии финансирования и поддержки со стороны Минпромторга РФ решить целый ряд ключевых вопросов совершенствования систем вооружения.